Chúng tôi sử dụng cookie để cải thiện trải nghiệm của bạn. Bằng cách tiếp tục duyệt trang web này, bạn đồng ý với việc chúng tôi sử dụng cookie. Thông tin bổ sung.
Cảm biến áp suất đeo được có thể giúp theo dõi sức khỏe con người và hiện thực hóa tương tác giữa người và máy tính. Các nỗ lực đang được tiến hành để tạo ra cảm biến áp suất với thiết kế thiết bị phổ quát và độ nhạy cao với ứng suất cơ học.
Nghiên cứu: Bộ chuyển đổi áp suất áp điện dệt may phụ thuộc vào kiểu dệt dựa trên sợi nano polyvinylidene fluoride kéo bằng điện với 50 đầu phun. Nguồn ảnh: African Studio/Shutterstock.com
Một bài báo đăng trên tạp chí npj Flexible Electronics đã báo cáo về việc chế tạo bộ chuyển đổi áp suất áp điện cho vải sử dụng sợi dọc polyethylene terephthalate (PET) và sợi ngang polyvinylidene fluoride (PVDF). Hiệu suất của cảm biến áp suất được phát triển liên quan đến việc đo áp suất dựa trên kiểu dệt được thể hiện trên một tấm vải có kích thước khoảng 2 mét.
Kết quả cho thấy độ nhạy của cảm biến áp suất được tối ưu hóa bằng thiết kế cánh canard 2/2 cao hơn 245% so với thiết kế cánh canard 1/1. Ngoài ra, nhiều yếu tố đầu vào khác nhau đã được sử dụng để đánh giá hiệu suất của các loại vải được tối ưu hóa, bao gồm uốn cong, bóp, nhăn, xoắn và các chuyển động khác nhau của con người. Trong nghiên cứu này, một cảm biến áp suất dựa trên mô với mảng điểm ảnh cảm biến thể hiện các đặc tính nhận thức ổn định và độ nhạy cao.
Gạo. 1. Chuẩn bị sợi PVDF và vải đa chức năng. Sơ đồ quy trình kéo sợi điện 50 vòi phun được sử dụng để sản xuất các tấm nano sợi PVDF thẳng hàng, trong đó các thanh đồng được đặt song song trên băng tải, và các bước là chuẩn bị ba cấu trúc bện từ các sợi monofilament bốn lớp. b Ảnh SEM và phân bố đường kính của các sợi PVDF thẳng hàng. c Ảnh SEM của sợi bốn lớp. d Độ bền kéo và độ biến dạng khi đứt của sợi bốn lớp theo hàm số xoắn. ​​e Mẫu nhiễu xạ tia X của sợi bốn lớp cho thấy sự hiện diện của pha alpha và beta. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R và cộng sự (2022)
Sự phát triển nhanh chóng của robot thông minh và thiết bị điện tử đeo được đã làm nảy sinh nhiều thiết bị mới dựa trên cảm biến áp suất linh hoạt và các ứng dụng của chúng trong điện tử, công nghiệp và y học đang phát triển nhanh chóng.
Áp điện là điện tích sinh ra trên vật liệu chịu ứng suất cơ học. Áp điện trong vật liệu bất đối xứng cho phép tồn tại mối quan hệ tuyến tính thuận nghịch giữa ứng suất cơ học và điện tích. Do đó, khi một vật liệu áp điện bị biến dạng vật lý, điện tích sẽ được tạo ra, và ngược lại.
Thiết bị áp điện có thể sử dụng nguồn cơ học tự do để cung cấp nguồn điện thay thế cho các linh kiện điện tử tiêu thụ ít điện năng. Loại vật liệu và cấu trúc của thiết bị là những thông số quan trọng để sản xuất thiết bị cảm ứng dựa trên cơ chế ghép nối cơ điện. Ngoài vật liệu vô cơ điện áp cao, vật liệu hữu cơ linh hoạt về mặt cơ học cũng đã được nghiên cứu trong các thiết bị đeo.
Các polyme được chế biến thành sợi nano bằng phương pháp kéo sợi điện được sử dụng rộng rãi làm thiết bị lưu trữ năng lượng áp điện. Sợi nano polyme áp điện tạo điều kiện thuận lợi cho việc tạo ra các cấu trúc thiết kế dạng vải cho các ứng dụng đeo được bằng cách cung cấp khả năng tạo ra điện cơ dựa trên độ đàn hồi cơ học trong nhiều môi trường khác nhau.
Với mục đích này, các polyme áp điện được sử dụng rộng rãi, bao gồm PVDF và các dẫn xuất của nó, vốn có tính áp điện mạnh. Các sợi PVDF này được kéo và kéo thành vải cho các ứng dụng áp điện, bao gồm cảm biến và máy phát điện.
Hình 2. Các mô diện tích lớn và đặc tính vật lý của chúng. Ảnh chụp một mẫu gân ngang 2/2 lớn lên đến 195 cm x 50 cm. b Ảnh SEM của mẫu gân ngang 2/2 gồm một sợi ngang PVDF xen kẽ với hai nền PET. c Mô đun đàn hồi và biến dạng khi đứt của các loại vải khác nhau có các cạnh ngang 1/1, 2/2 và 3/3. d là góc treo được đo cho vải. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R và cộng sự (2022)
Trong nghiên cứu này, các máy tạo vải dựa trên sợi nano PVDF được chế tạo bằng quy trình kéo sợi tĩnh điện tuần tự 50 tia, trong đó việc sử dụng 50 vòi phun giúp tạo điều kiện thuận lợi cho việc sản xuất thảm sợi nano bằng băng tải quay. Nhiều cấu trúc dệt khác nhau được tạo ra bằng sợi PET, bao gồm gân ngang 1/1 (trơn), 2/2 và 3/3.
Các nghiên cứu trước đây đã báo cáo việc sử dụng đồng để căn chỉnh sợi dưới dạng các sợi đồng thẳng hàng trên các trống thu sợi. Tuy nhiên, nghiên cứu hiện tại bao gồm các thanh đồng song song cách nhau 1,5 cm trên băng tải để giúp căn chỉnh các ống phun sợi dựa trên tương tác tĩnh điện giữa các sợi tích điện đi vào và điện tích trên bề mặt của các sợi gắn vào sợi đồng.
Không giống như các cảm biến điện dung hoặc áp trở đã được mô tả trước đây, cảm biến áp suất mô được đề xuất trong bài báo này phản ứng với một dải lực đầu vào rộng, từ 0,02 đến 694 Newton. Ngoài ra, cảm biến áp suất vải được đề xuất vẫn giữ được 81,3% đầu vào ban đầu sau năm lần giặt tiêu chuẩn, cho thấy độ bền của cảm biến áp suất.
Ngoài ra, các giá trị độ nhạy đánh giá kết quả điện áp và dòng điện cho kiểu đan gân 1/1, 2/2 và 3/3 cho thấy độ nhạy điện áp cao là 83 và 36 mV/N đối với áp suất gân 2/2 và 3/3. 3 cảm biến ngang cho thấy độ nhạy cao hơn lần lượt là 245% và 50% đối với các cảm biến áp suất này, so với cảm biến áp suất ngang 24 mV/N 1/1.
Gạo. 3. Ứng dụng mở rộng của cảm biến áp suất toàn vải. a Ví dụ về cảm biến áp suất đế giày làm bằng vải gân ngang 2/2 được chèn dưới hai điện cực tròn để phát hiện phần trước bàn chân (ngay dưới ngón chân) và chuyển động của gót chân. b Sơ đồ biểu diễn từng giai đoạn của từng bước trong quá trình đi bộ: gót chân tiếp đất, tiếp đất, tiếp xúc ngón chân và nhấc chân. c Tín hiệu đầu ra điện áp để đáp ứng với từng phần của bước đi để phân tích dáng đi và d Tín hiệu điện khuếch đại liên quan đến từng giai đoạn của dáng đi. e Sơ đồ của cảm biến áp suất mô toàn bộ với một mảng lên đến 12 ô điểm ảnh hình chữ nhật có các đường dẫn được tạo hoa văn để phát hiện các tín hiệu riêng lẻ từ mỗi điểm ảnh. f Bản đồ 3D của tín hiệu điện được tạo ra bằng cách ấn ngón tay vào mỗi điểm ảnh. g Chỉ phát hiện tín hiệu điện ở điểm ảnh được ấn bằng ngón tay và không có tín hiệu phụ nào được tạo ra ở các điểm ảnh khác, xác nhận rằng không có nhiễu xuyên âm. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R và cộng sự. (2022)
Tóm lại, nghiên cứu này trình bày một cảm biến áp suất mô có độ nhạy cao và có thể đeo được, tích hợp các sợi áp điện nano PVDF. Các cảm biến áp suất được sản xuất có dải lực đầu vào rộng từ 0,02 đến 694 Newton.
Năm mươi vòi phun đã được sử dụng trên một nguyên mẫu máy kéo sợi điện, và một tấm sợi nano liên tục đã được sản xuất bằng băng tải mẻ dựa trên các thanh đồng. Dưới áp lực nén gián đoạn, vải viền ngang 2/2 được sản xuất cho thấy độ nhạy 83 mV/N, cao hơn khoảng 245% so với vải viền ngang 1/1.
Các cảm biến áp suất dệt toàn phần được đề xuất sẽ theo dõi các tín hiệu điện bằng cách cho chúng chịu tác động của các chuyển động sinh lý, bao gồm xoắn, uốn cong, bóp, chạy và đi bộ. Ngoài ra, các đồng hồ đo áp suất vải này có độ bền tương đương với các loại vải thông thường, giữ nguyên khoảng 81,3% hiệu suất ban đầu ngay cả sau 5 lần giặt tiêu chuẩn. Hơn nữa, cảm biến mô nhân tạo này còn hiệu quả trong hệ thống chăm sóc sức khỏe bằng cách tạo ra các tín hiệu điện dựa trên các đoạn chuyển động liên tục của người đi bộ.
Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, HR, và cộng sự (2022). Cảm biến áp suất áp điện vải dựa trên sợi nano polyvinylidene fluoride kéo sợi điện với 50 đầu phun, tùy thuộc vào kiểu dệt. Thiết bị điện tử linh hoạt npj. https://www.nature.com/articles/s41528-022-00203-6.
Tuyên bố miễn trừ trách nhiệm: Quan điểm được trình bày ở đây là quan điểm cá nhân của tác giả và không nhất thiết phản ánh quan điểm của AZoM.com Limited T/A AZoNetwork, chủ sở hữu và điều hành trang web này. Tuyên bố miễn trừ trách nhiệm này là một phần của các điều khoản sử dụng trang web này.
Bhavna Kaveti là một nhà văn khoa học đến từ Hyderabad, Ấn Độ. Cô có bằng Thạc sĩ và Tiến sĩ Y khoa tại Viện Công nghệ Vellore, Ấn Độ. Cô tốt nghiệp ngành Hóa học hữu cơ và Dược học tại Đại học Guanajuato, Mexico. Công trình nghiên cứu của cô liên quan đến việc phát triển và tổng hợp các phân tử hoạt tính sinh học dựa trên dị vòng, và cô có kinh nghiệm trong tổng hợp đa bước và đa thành phần. Trong quá trình nghiên cứu tiến sĩ, cô đã nghiên cứu tổng hợp nhiều phân tử peptidomimetic liên kết và hợp nhất dựa trên dị vòng, được kỳ vọng có tiềm năng chức năng hóa hoạt tính sinh học hơn nữa. Trong quá trình viết luận án và bài báo nghiên cứu, cô đã khám phá niềm đam mê của mình đối với việc viết và truyền đạt khoa học.
Cavity, Buffner. (11 tháng 8, 2022). Cảm biến áp suất vải toàn phần được thiết kế để theo dõi sức khỏe đeo được. AZonano. Truy cập ngày 21 tháng 10, 2022 từ https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
Cavity, Buffner. “Cảm biến áp suất toàn mô được thiết kế để theo dõi sức khỏe đeo được”. AZonano.Ngày 21 tháng 10 năm 2022 .Ngày 21 tháng 10 năm 2022 .
Cavity, Buffner. “Cảm biến áp suất toàn mô được thiết kế để theo dõi sức khỏe đeo được”. AZonano. https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544. (Tính đến ngày 21 tháng 10 năm 2022).
Cavity, Buffner. 2022. Cảm biến áp suất hoàn toàn bằng vải được thiết kế để theo dõi sức khỏe đeo được. AZoNano, truy cập ngày 21 tháng 10 năm 2022, https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
Trong cuộc phỏng vấn này, AZoNano trò chuyện với Giáo sư André Nel về một nghiên cứu sáng tạo mà ông tham gia, mô tả quá trình phát triển chất mang nano “bong bóng thủy tinh” có thể giúp thuốc đi vào tế bào ung thư tuyến tụy.
Trong cuộc phỏng vấn này, AZoNano trò chuyện với King Kong Lee của UC Berkeley về công nghệ đoạt giải Nobel của ông, nhíp quang học.
Trong cuộc phỏng vấn này, chúng tôi trò chuyện với SkyWater Technology về tình hình của ngành công nghiệp bán dẫn, cách công nghệ nano đang góp phần định hình ngành công nghiệp này và mối quan hệ đối tác mới của họ.
Inoveno PE-550 là máy phun/kéo sợi điện bán chạy nhất dùng để sản xuất sợi nano liên tục.
Công cụ lập bản đồ điện trở tấm tiên tiến của Filmmetrics R54 dành cho tấm bán dẫn và tấm composite.